Aktive fjæringssystemer for personbiler

Abstract

Denne masteroppgaven er initiert av IMT ved UMB for å innhente informasjon om nye aktive fjæringssystemer siden det utvikles et nytt fag i kjøretøy- dynamikk ved instituttet. Målet har vært å beskrive virkemåte og praktisk virkning av tre eksempler på aktive fjæringssystemer.

Det er gjort et litteraturstudie på fagområdet kjøretøyunderstell, som tar for seg både hjuloppheng og fjæringssystemer. Informasjon om de aktive systemene i Toyota Land Cruiser 200, Audi A7 og Porsche 911 er innhentet hos de norske importørene. Den viktigste boka på omradet er Reimpell, Stoll & Betzler ”The Automotive Chassis: Engineering Principles” fra 2001 [2].

I litteraturen er det godt belyst at det er motstridende hensyn for et fjærings- system. Komfort og kjøresikkerhet er motstridende, og det stilles høye krav til begge. Teorien viser at aktiv kontroll over fjæring og demping gir gode muligheter til både økt komfort og økt kjøresikkerhet.

Kjøretoyunderstell har et meget komplisert funksjonsbilde, det er mange hensyn og vurderinger som gjøres av fabrikantene ved utviklingsarbeid. Oppgaven er begrenset til å ta for seg de viktigste hensyn og vurderinger, hvor spesielt krengning og nikking er sentralt. Krengning og nikking kan motvirkes av bilens konstruksjon og fysiske mål, men også gjennom parametere i fjæringssystemet eller geometriske forhold i hjulopphenget.

De konkrete systemene presentert i oppgaven er representert ved tre forskjellige bilmodeller, som til sammen gir en beskrivelse av seks forskjellige aktive fjæringssystemer. Toyota og Audi leverer fullaktive systemer med kontroll over både fjærer og demping. Audi og Porsche leverer systemer for elektronisk kontroll av støtdemperne, Audi leverer dette i kombinasjon med luftfjæring eller som et separat system med ordinær fjæring. Toyota og Porsche leverer aktive stabilisatorstag, tilleggsfjærer i understellet som aktivt varierer krengningsmotstanden.

Informasjonen tilgjengelig fra importørene er beregnet for opplæring av teknisk personell, og er på et prinsipielt nivå. Informasjon på et dypere teknisk nivå er ikke tilgjengelig fra importørene i Norge.

Aktive fjæringssystemer finnes i et begrenset omfang, og i Norge finnes det ingen statistikk om systemenes driftssikkerhet over tid. NAF har generelle erfaringer med at det gjerne oppstår feil over tid, og at kostnadene forbundet med feil på aktive systemer kraftig overgår kostnaden ved passive systemer. This thesis is initiated by IMT at UMB to collect information about new active suspension systems because there is a new course in vehicle dynamics under development at the institute. The goal has been to describe functions and practical effects of three different active suspension systems.

The work has been done by a general literature study on the field of chassis engineering. Information about the active suspension systems in Toyota Land Cruiser 200, Audi A7 and Porsche 911 have been gathered from the norwegian importers. The most important book on the topic is Reimpell, Stoll & Betzler ”The Automotive Chassis: Engineering Principles” from 2001 [2].

In the literature the conflicting goals of vehicle suspensions are well described. Ride comfort and ride safety is conflicting, and a high level of both is required. The theory shows that systems that actively controls the suspension parameters have great potential to increase both.

Vehicle suspensions have a complex feature image, many goals and parameters have to be assessed by the manufacturers when developing suspension systems. This thesis is limited to take account the most important considerations, where roll and pitch resistance is central. Roll and pitch can be limited by the physical dimensions of the vehicle, but also through parameters in the suspension or geometrical relations.

The specific systems presented in the thesis is represented by three different car models, which combined give a description of six different active suspension systems. Toyota and Audi delivers full active systems witch controls both springing and damping. Audi and Porsche delivers systems for electronic control of the shock absorbers, Audi delivers this in combination with air suspension or as a separate system with ordinary springs. Toyota and Porsche delivers active stabilizers, that actively controls roll stiffness.

The information provided by importers is intended for training of technicians, and are at a fundamental level. Information on a deeper technical level is not available from the importers in Norway.

Active suspension systems are available in a limited scope, and in Norway there are no statistics on the systems' reliability over time. NAF has general experience that it often fails over time, and that the costs associated with the failure of active systems greatly exceeds the cost of passive systems.